OPTIMASI PENGGUNAAN FLY ASH DAN BOTTOM ASH PLTU SURALAYA DALAM PEMBUATAN PAVING BLOCK MUTU TINGGI

Transkripsi

1 OPTIMASI PENGGUNAAN FLY ASH DAN BOTTOM ASH PLTU SURALAYA DALAM PEMBUATAN PAVING BLOCK MUTU TINGGI Aldwin Ivan Gan 1, Henry Sutikno 2, Antoni 3, Djwantoro Hardjito 4 ABSTRAK : Fly ash dan bottom ash merupakan limbah hasil pembakaran batu bara yang dapat dimanfaatkan dalam bidang konstruksi. Pemanfaatan bottom ash masih sangat jarang, sehingga pada penelitian ini bottom ash dan fly ash dimanfaatkan untuk menggantikan sebagian agregat halus dan semen dalam pembuatan paving block. Untuk menghasilkan paving block dengan kuat tekan yang optimal, perlu dicari kepadatan tertinggi dari kombinasi agregat halus yang digunakan. Selain kuat tekan, penyerapan air dan ketahanan aus juga menjadi kualifikasi dalam penentuan mutu paving block. Dari hasil pembuatan paving block, kuat tekan tertinggi yang bisa didapat dari penambahan bottom ash yaitu MPa dengan kode C1BA3 yang masuk dalam kelas A. Namun untuk uji penyerapan air dan ketahanan aus, paving C1BA3 hanya masuk dalam kelas B dan C. Dengan penambahan fly ash, kuat tekan maksimum yang dihasilkan hanya mencapai MPa yang masuk dalam kelas B. Akan tetapi penambahan fly ash berdampak pada ketahanan aus yang pada awalnya hanya memenuhi kelas C, kini bisa mencapai kelas A. Secara keseluruhan, paving block yang menghasilkan mutu paling bagus dan ekonomis yaitu paving dengan kode B30, dengan komposisi 50% semen : 50% fly ash dan 100% bottom ash. KATA KUNCI : fly ash, bottom ash, paving block, kuat tekan, serapan air, ketahanan aus 1. PENDAHULUAN Penggunaan semen dan pasir secara berlebihan dalam produksi paving block merupakan salah satu penyebab kerusakan lingkungan. Di lain pihak, jumlah limbah pembakaran batu bara berupa fly ash dan bottom ash semakin bertambah seiring dengan berjalannya waktu. Fly ash sudah banyak digunakan dalam bidang konstruksi dan telah mencapai angka 47% penggunaan, sedangkan bottom ash masih jarang digunakan dan hanya mencapai angka 5.28% penggunaan (Naganathan et al., 2015). Fly ash merupakan limbah pembakaran batu bara yang berterbangan dan melekat pada bagian atas tungku, sedangkan bottom ash adalah limbah pembakaran yang jatuh pada dasar tungku (Aggarwal & Siddique, 2014). Kandungan kimia yang terdapat dalam fly ash dan bottom ash bergantung pada sumber dan metode pembakaran batu bara yang digunakan. Fly ash umumnya memiliki bentuk seperti bola dan berukuran 1 µm hingga 150 µm (Rangan et al., 2005). Ukuran bottom ash lebih besar dari partikel fly ash, dan bottom ash memiliki volume void yang besar sehingga permukaannya kasar. Penggunaan fly ash dan bottom ash untuk pembuatan beton dapat mengurangi kerusakan lingkungan yang terjadi. Fly ash digunakan untuk menggantikan semen, sedangkan bottom ash digunakan untuk menggantikan pasir. Permukaan bottom ash yang kasar menyebabkan penurunan kelecakan pada campuran beton (Sugiyanto et al., 2015). Paving block merupakan salah satu bahan perkerasan permukaan jalan yang umumnya terbuat dari campuran semen atau bahan perekat lainnya, air, dan agregat. Terdapat beberapa klasifikasi mutu dari paving block berdasarkan kegunaannya, yaitu mutu kelas A, B, C, dan D (Badan Standarisasi Nasional, 1996). Pada proses pembuatan paving block tidak dibutuhkan nilai kelecakan yang tinggi, sehingga 1Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil Universitas Kristen Petra Surabaya, m @petra.ac.id 2Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil Universitas Kristen Petra Surabaya, m @petra.ac.id 3Dosen Program Studi Teknik Sipil Universitas Kristen Petra Surabaya, antoni@petra.ac.id 4Dosen Program Studi Teknik Sipil Universitas Kristen Petra Surabaya, djwantoro.h@petra.ac.id 8

2 penggunaan bottom ash sebagai agregat dalam pembuatan paving block tidak memberikan dampak yang besar. Penelitian ini mencoba mengoptimalkan penggunaan fly ash tipe F dan bottom ash dari PLTU Suralaya dalam pembuatan paving block. Fly ash digunakan sebagai pengganti sebagian semen. Bottom ash yang digunakan merupakan kombinasi antara 50% bottom ash kasar dan 50% bottom ash halus. Bottom ash kasar memiliki gradasi ukuran di atas 1.18 mm yang lebih banyak dibandingkan dengan bottom ash halus, dan sebaliknya bottom ash halus memiliki gradasi ukuran di bawah 1.18 mm yang lebih banyak dibandingkan bottom ash kasar. Abu batu juga digunakan untuk dicampur dengan bottom ash untuk memberi variasi ukuran dan bentuk. Abu batu merupakan sisa dari hasil pengolahan batu pecah dengan menggunakan stone crusher. Abu Batu memiliki ukuran hingga 10 mm dan berbentuk pipih. Evaluasi dilakukan pada pencampuran bottom ash dan abu batu sebagai agregat, serta penambahan fly ash tipe F sebagai pengganti sebagian semen. Setelah itu, dicari komposisi yang paling optimum antara semen, fly ash, bottom ash, dan abu batu. 2. RANCANGAN PENELITIAN 2.1 Material Material yang digunakan untuk membuat paving block pada penelitian ini berupa semen, fly ash, bottom ash, abu batu, pasir, dan air. Semen dan fly ash sebagai bahan perekat pada campuran, sedangkan bottom ash, abu batu, dan pasir sebagai agregat, dan air sebagai pencampur. Semen yang digunakan adalah Portland Pozzolan Cement (PPC) merk Semen Gresik. Fly ash dan bottom ash yang digunakan berasal dari PLTU Suralaya. Abu batu, pasir, dan air yang digunakan didapat dari tempat pembuatan paving block, UD. Manna. Bentuk fly ash, bottom ash, dan abu batu dapat dilihat pada Gambar 1. (a) Fly Ash (b) Bottom Ash (c) Abu Batu Gambar 1. Bentuk Fly ash, Bottom ash, dan Abu Batu 2.2 Analisa Awal Analisa awal dilakukan pada material sebelum digunakan untuk membuat paving block. Analisa awal yang dilakukan terhadap fly ash dan bottom ash berupa pengetesan XRF (X-Ray Fluorescence) di Laboratorium PT. Superintending Company of Indonesia (Sucofindo). Hasil pengetesan XRF menunjukkan bahwa fly ash yang digunakan merupakan tipe F, karena mempunyai kadar SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 (80.10%) > 70% dan mempunyai kadar CaO (7.77%) < 10%. Kandungan kimia fly ash dan bottom ash PLTU Suralaya selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil XRF Fly Ash dan Bottom Ash PLTU Suralaya Komponen SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O SO3 MnO2 P2O5 LOI Fly Ash (%) Bottom Ash (%)

3 Kepadatan % Lolos % Lolos 2.3 Flow Table Test Pasta Flow table test dilakukan untuk mendapatkan pasta dengan komposisi semen, fly ash, dan air yang memiliki kelecakan maksimum serta kebutuhan air yang minimum. Hasil flow table test dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil Flow Table Test Semen FA Air Flow (kg/m 3 ) (kg/m 3 w/c ) (kg/m 3 ) (cm) F F F F F Gradasi Agregat Agregat yang digunakan berupa bottom ash dan abu batu. Bottom ash yang diperoleh dari PLTU Suralaya terdiri dari 2 jenis, yaitu bottom ash kasar dan bottom ash halus. Bottom ash kasar memiliki jumlah butiran besar (>1.18 mm) yang lebih banyak dari bottom ash halus, sedangkan bottom ash halus memiliki jumlah butiran kecil (<1.18 mm) yang lebih banyak dari bottom ash kasar. Gradasi abu batu dan gradasi campuran bottom ash kasar dan halus dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar % 80% 100% 80% 20% 0% 5 mm mm mm mm mm No ayakan Gambar 2. Gradasi Abu Batu Dasar 20% 0% 5 mm Dasar mm mm mm mm No ayakan Gambar 3. Gradasi Bottom Ash 2.5 Kepadatan Campuran Agregat Kepadatan dihitung dengan cara menentukan berat volume campuran, kemudian dibagi dengan jumlah dari persentase dikalikan berat jenis dari masing-masing jenis agregat. Semakin padat campuran agregat yang digunakan maka semakin kecil volume void pada campuran agregat tersebut. Grafik kepadatan campuran bottom ash dan abu batu dapat dilihat pada Gambar 4. 70% 50% 50:50 60:40 70:30 Bottom Ash : Abu Batu Gambar 4. Grafik Kepadatan Campuran Bottom Ash dan Abu Batu 10

4 Kebutuhan Air Kebutuhan Air 2.6 Kebutuhan Air pada Material Paving Kebutuhan air yang semakin besar untuk tingkat kelecakan yang diharapkan membuat kuat tekan paving yang dihasilkan berkurang. Untuk mengevaluasi kebutuhan air diperlukan data w/c (water/cement) dan w/s (water/solid), dimana w/c merupakan perbandingan air terhadap semen dan w/s merupakan perbandingan air terhadap jumlah material solid seperti semen, fly ash, dan agregat (bottom ash, abu batu, dan pasir). Grafik kebutuhan air total tahap pertama dan kedua dapat dilihat pada Gambar % 100% 80% 20% w/c w/s 50% 30% 20% 10% 0% w/c w/s 0% (a) Tahap Pertama (b) Tahap Kedua Gambar 5. Grafik Kebutuhan Air Total 2.7 Mix Design Paving Dalam pembuatan paving block, digunakan beberapa macam komposisi campuran yang dibagi menjadi 2 tahap pembuatan. Pada tahap pertama, paving block dibuat dengan menggunakan campuran semen, pasir, abu batu, dan bottom ash untuk menentukan mix design yang menghasilkan kuat tekan paling maksimum. Setelah itu dilanjutkan dengan tahap kedua yang merupakan tahap untuk membandingkan komposisi fly ash terhadap semen yang paling optimal dengan menggunakan gradasi bottom ash dan abu batu yang paling padat agar mendapat kuat tekan yang paling tinggi. Mix design paving block tahap pertama dan kedua dapat dilihat pada Tabel 3 dan Tabel 4. Tabel 3. Mix Design Paving Tahap Pertama Variabel C1A3 C1A4 C1A5 C1BA3 C1BA4 C1BA5 C1P3 C1P4 C1P5 Semen Bottom Ash Pasir Abu Batu Tabel 4. Mix Design Paving Tahap Kedua Variabel B15A15 B18A12 B30 B15A15 B18A12 B30 Semen Fly Ash Bottom Ash Abu Batu

5 3. HASIL PENGETESAN DAN PEMBAHASAN 3.1 Kuat Tekan Sampel dengan agregat halus berupa 100% abu batu memiliki kuat tekan yang paling besar. Sampel C1A3 dan C1A4 memiliki kuat tekan yang memenuhi syarat paving kelas A pada SNI , yaitu sebesar MPa dan MPa. Sampel C1A5 tidak memenuhi syarat kuat tekan paving kelas A karena hanya mempunyai kuat tekan sebesar MPa pada umur 28 hari. Sampel dengan agregat berupa 100% pasir memiliki kuat tekan pada umur awal yang rendah, dan hanya sampel C1P3 yang memenuhi syarat kuat tekan paving kelas A pada umur 28 hari, yaitu sebesar MPa. Sampel dengan agregat berupa kombinasi antara 50% bottom ash dan 50% abu batu memiliki peningkatan kuat tekan paving yang terjadi tidak terlalu besar, sehingga hanya sampel C1BA3 yang memenuhi syarat kuat tekan paving kelas A pada umur 28 hari dengan kuat tekan sebesar MPa. Penggunaan fly ash tipe F sebagai pengganti sebagian semen dalam pembuatan paving membuat kuat tekan paving block yang dihasilkan menurun. Kuat tekan yang dihasilkan oleh semua sampel yang menggunakan fly ash sebagai pengganti sebagian semen tidak ada yang memenuhi syarat kuat tekan paving block kelas A pada SNI Sampel B15A15 memiliki kuat tekan pada umur 28 hari yang paling besar di antara semua sampel yang menggunakan fly ash, yaitu sebesar MPa. Penambahan abu batu sebagai pengganti sebagian bottom ash membuat kuat tekan paving block yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan paving block yang menggunakan 100% bottom ash sebagai agregatnya. Hal ini disebabkan oleh kepadatan yang dihasilkan dari campuran bottom ash dan abu batu lebih padat dibandingkan dengan kepadatan yang dihasilkan oleh bottom ash saja. Kuat tekan yang dihasilkan oleh sampel yang menggunakan agregat 1.5 bottom ash : 1.5 abu batu tidak beda jauh dengan kuat tekan yang dihasilkan oleh sampel yang menggunakan agregat 1.8 bottom ash : 1.2 abu batu, karena kepadatan yang dihasilkan oleh kedua macam campuran itu juga tidak beda jauh. Kuat tekan paving block dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Kuat Tekan Paving Variable Kuat Tekan (MPa) Semen FA BA AB Pasir hari hari hari C1A C1A C1A C1BA C1BA C1BA C1P C1P C1P B15A B18A B B15A B18A B Serapan Air Serapan air pada paving block berpengaruh buruk terhadap durabilitas paving block, dimana semakin banyak air yang diserap oleh paving tersebut, semakin menurun durabilitas dan ketahanannya. Oleh karena itu, pada umur 28 hari, dilakukan tes serapan air pada paving tersebut. Penyerapan air selalu meningkat tiap pengurangan jumlah semen dan penambahan jumlah agregat. Hal ini dikarenakan jumlah semen yang mengisi volume void pada campuran agregat semakin sedikit, sedangkan dengan bertambahnya jumlah agregat maka semakin besar volume void yang terdapat pada campuran agregat 12

6 tersebut. Semakin besarnya volume void yang tidak terisi oleh semen menyebabkan penyerapan air yang terjadi pada paving semakin besar. Paving yang menggunakan campuran bottom ash dan abu batu mempunyai penyerapan air lebih besar jika dibandingkan dengan paving yang menggunakan abu batu saja, karena bottom ash mempunyai volume void yang lebih besar dibanding abu batu. Penggunaan fly ash sebagai pengganti sebagian semen mengurangi serapan air pada paving, tetapi penggunaan fly ash untuk menggantikan semen tidak memiliki perbedaan yang signifikan bila dibandingkan dengan penggunaan 50% fly ash untuk menggantikan semen. Hasil uji serap air dapat dilihat pada Tabel 6. Berat Kering Berat Basah Tabel 6. Serapan Air Paving % Kelas Berat Kering Berat Basah % Kelas C1A B B15A B C1A B B18A B C1A C B C C1BA B B15A B C1BA C B18A B C1BA C B B C1P C C1P C C1P Uji Ketahanan Aus Paving yang menggunakan pasir mempunyai nilai ketahanan aus yang lebih baik dibandingkan dengan paving block yang menggunakan abu batu dan bottom ash, karena pasir mempunyai rekatan antar partikel yang lebih baik dibandingkan abu batu dan bottom ash. Penambahan fly ash untuk menggantikan sebagian semen menghasilkan paving dengan ketahanan aus yang lebih baik karena menggunakan semen yang lebih sedikit. Hasil uji ketahanan aus dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 7. Ketahanan Aus Paving Berat sebelum Berat setelah Lama aus Hasil aus Berat jenis (g) tes (g) (menit) (%) Kelas C1A B C1A A C1A A C1BA C C1BA C C1BA A C1P A C1P A C1P D B15A A B18A A B A B15A A B18A A B A 13

7 3.4 Hasil Mutu Paving Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa paving block dengan kode B30 yang memenuhi mutu kelas B menurut SNI merupakan paving block dengan campuran yang paling ekonomis. Hasil rekapan untuk mutu paving dapat dilihat pada Tabel 8. Tabel 8. Mutu Paving Block Kuat Tekan Serapan Air Ketahanan Aus Kelas C1A3 A B B B C1A4 A B A B C1A5 B C A C C1BA3 A B C C C1BA4 B C C C C1BA5 B C A C C1P3 A C A C C1P4 B C A C C1P5 B - D D B15A15 B18A12 B30 B15A15 B18A12 B30 Kuat Tekan Serapan Air Ketahanan Aus Kelas B B A B B B A B C B A C B B A B B C A B B B A B 4. KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan, didapat kesimpulan sebagai berikut: 1. Bottom ash dan fly ash dari PLTU Suralaya dapat digunakan sebagai pengganti sebagian agregat dan semen dalam pembuatan paving block, dengan kuat tekan maksimum yang didapat ialah sebesar MPa pada komposisi C1BA3 berupa 50% abu batu : 50% bottom ash. 2. Kuat tekan tertinggi yang dapat diperoleh dari penambahan fly ash sebagai pengganti sebagian semen dan penambahan bottom ash sebagai pengganti sebagian agregat ialah sebesar 26,88 MPa pada komposisi B15A15 berupa 50% fly ash : 50% semen dan 50% abu batu : 50% bottom ash. 3. Kepadatan tertinggi yang diperoleh dari kombinasi abu batu dan bottom ash dengan kadar bottom ash diatas 50% yaitu bottom ash dan abu batu. 4. Penambahan fly ash sebagai pengganti sebagian semen dalam pembuatan paving block menghasilkan kualitas yang lebih baik dibandingkan pembuatan paving block dengan menggunakan 100% semen. Meskipun menghasilkan kuat tekan yang lebih rendah, namun memenuhi syarat paving block kelas B secara keseluruhan dibandingkan paving yang menggunakan 100% semen yang hanya memenuhi syarat kelas C dalam pengetesan ketahanan aus. 5. Pengaruh penambahan fly ash tipe F sebagai pengganti sebagian semen tidak berpengaruh dalam penambahan kuat tekan paving block, namun berpengaruh dalam pengetesan ketahanan aus dan penyerapan air dengan menghasilkan nilai yang lebih kecil. 6. Paving block yang menghasilkan mutu paling tinggi dan ekonomis dengan penggunaan fly ash dan bottom ash yang paling optimum ialah paving B30 dengan mutu kelas B. 5. DAFTAR REFERENSI Aggarwal, Y., & Siddique, R. (2014). Microstructure and Properties of Concrete using Bottom ash and Waste Foundry Sand as Partial Replacement of Fine Aggregates. Construction and Building Materials, 54, Badan Standarisasi Nasional. (1996). SNI Bata Beton (Paving block). Badan Standarisasi Nasional. Bandung. 14

8 Naganathan, S., Mohamed, A. Y. O., & Mustapha, K. N. (2015). Performance of Bricks Made Using Fly ash and Bottom ash. Construction and Building Materials, 96, Rangan, B. V., Hardjito, D., Wallah, S. E., & Sumajouw, D. M. J. (2005). Studies on Fly Ash-Based Geopolymer Concrete. Curtin University of Technology. Sugiyanto, G., Harmawan, A., & Mulyono, B. (2015). The Characteristics of Asphalt Concrete Binder Course (AC-BC) Mixture with Bottom Ash as Aggregate Substitute. Civil Engineering Dimension, 17(1),